Laddnings-/urladdningseffektivitet och svullnadstjocklek av modellmyntcellsprestandautvärdering

Litiumjonbatterier har använts i stor utsträckning i alla aspekter av livet, såsom mobiltelefoner, bilar eller hushållsenergilagring etc. Därför är det särskilt viktigt att utvärdera olika prestanda hos litiumjonbatterier. Vi vet att litiumbatterier kommer att expandera eller krympa under laddning och urladdning, så när man designar litiumbatterimoduler är svällningsparametern en av de viktiga parametrarna som måste beaktas. Dessutom, med uppkomsten av en ny generation negativa elektroder med hög specifik kapacitet (som kiselbaserade negativa elektroder eller negativa elektroder av litiummetall), är deras strukturella svullnad mycket mer uppenbar än den hostraditionellgrafit negativa elektroder^[1,2], Därför fokuserar fler och fler företag på utvärderingen avsvällningsprestanda hos litiumbatterier.

Vanligtvis måste forskare förbereda elektrod i enskikts- eller flerskikts färdiga batterier för att utvärdera svullnaden. Denna metod har en lång testcykel, låg utvärderingseffektivitet och förbrukar mycket resurser, vilket allvarligt påverkar utvecklingsprocessen av nya material. IEST har nyligen innovativt använt modellmyntcellen för att utvärdera svällningsbeteendet hos batterielektroden, vilket avsevärt förkortar utvärderingscykeln för materialets svällningsprestanda och kan spara mycket arbetskraft och materialresurser för att förbereda batterier för universitet eller företag. För denna modell av ett knappcellsbatteri är användarna mest bekymrade över huruvida dess cykeleffektivitet är jämförbar med den för ett traditionellt stålbatteripaket, och huruvida förändringen i svälltjockleken mätt av modellens knappcellsbatteri är jämförbar med den för det färdiga batteriet. För detta problem ger den här artikeln motsvarande jämförelsedata baserat på dessa två aspekter, vilket är bekvämt för användare att utvärdera och välja.

1. Testtillstånd

1.1 Testutrustning: Den här artikeln använder modellknappbatteriet från IEST och samarbetar med det kiselbaserade, negativa elektrodsvällningssystemet på plats (RSS1400, IEST) för att utföra laddnings- och urladdningstestet och svällningstestet av moderna myntcells- och påscellsbatterier.

Figur 1. Kiselbaserat anodsvällande in-situ snabbscreeningssystem (RSS1400)

1.2 Laddnings- och urladdningstestförhållanden

①AnvändIESTs modell knappcellsbatteriför att sätta ihop NCM//Li knappcellshalvcells- och NCM//SiC-knappcells fullt batteri, och utföra 3-taktsladdning och urladdning med en hastighet av 01C, vilket är bekvämt för efterföljande jämförelse mellan kommersiella stålskalknappsbatterier och prestanda för cellstaplade batterier i ett lager.

②Använd det kommersiella 2032 stålskalet för att montera knapphalvbatteriet av NCM//Li, och utför 3 omgångar av cykelladdning och urladdning med hastigheten 01C.

③ Sätt ihop NCM//SiC laminerade batterier med ett lager påsar och utför 3 cykler av laddning och urladdning med en hastighet av 01C.

1.3 Cellsvällningstestförhållanden

NCM//SiC-modellen Helt batteri av knapptyp och ett laminerat batteri med påsar i ett lager placeras i det kiselbaserade anodsvällningssystemet på plats (RSS1400, IEST). Efter applicering av en initial förspänning på 5 kg, övervakades svälltjockleksförändringarna hos de två i realtid under laddnings- och urladdningsprocessen av 01C.

2. Resultatanalys

2.1Jämförelse av laddnings- och urladdningseffektivitet mellan IEST-modellens myntcellsbatteri och det kommersiella 2032 stålskals myntcellsbatteriet. 

Den vänstra bilden i figur 2 är IEST-modellens myntcell, och den högra bilden är den kommersiella 2032 stålskalsmyntcellen. Vi använde ternära positiva elektroder av samma storlek och sammansättning för att montera ett par mynthalvceller av litiumark, och jämförde Coulombic-effektiviteten för de två vid 01C laddnings- och urladdningshastigheter, resultaten visas i tabell 1. Det kan vara sett från figuren att den första effekten av modellmyntcellen är cirka 89,13 %, vilket bara är cirka 0,718 % lägre än den kommersiella stålmyntcellen, är den maximala cykeleffektiviteten för det andra och tredje varvet endast cirka 1,28 % lägre än det av den kommersiella stålskalsknappen. Dessutom är den maximala cykeleffektiviteten COV för modellknappen och stålhöljesknappen för tre cykler endast 0,65 % (där COV=standardavvikelse/genomsnitt*100, i allmänhet, om COV<5 %,

Figur 2. Den vänstra bilden är modellknappen för IEST; den högra bilden är den kommersiella 2032 stålskalsknappen.

Tabell 1. Jämförelse av cykeleffektivitet mellan knapphalvceller av modell NCM//Li och kommersiella stålskalsknappar

2.2 Jämförelse avsvullnadtjockleken på IEST-modellens knappcellsbatteri och påsebatteri

Den vänstra bilden i figur 3 är ett myntcellsbatteri av IEST-modellen, och den högra bilden är ett laminerat batteri i en påse med ett lager. De två använder samma sammansättning av en ternär positiv elektrod och en negativ kolelektrod av kisel för att montera ett fullt batteri och övervakar svällningstjockleksförändringen av de två under laddnings- och urladdningsprocessen av 01C i realtid. Spänningskurvan och tjocklekssvällningskurvan för de två visas i figur 4, den specifika fulla battericykeleffektiviteten och svälltjockleksjämförelsen visas i tabell 2 respektive tabell 3. Det kan ses från figur 4 att, oavsett om det är spänningskurvan under laddnings- och urladdningsprocessen eller tjocklekssvällningskurvan, visar modellens knappcellsbatteri och det laminerade batteriet med påsar alla god konsistens. Det framgår av tabell 2 att den första verkningsgraden för modellens knappcellsbatteri och det laminerade batteriet med påsceller är 41,82 % respektive 42,42 %, och cykeleffektiviteten för de två sista cyklerna skiljer sig endast med 0,12 %; Emellertid kan det ses från tabell 3 att tjocklekssvällningshastigheten COV för de två cirklarna också ligger inom 3,5 %, vilket indikerar att tjocklekssvällningshastigheten för de två också har en god konsistens.

Figur 3. Den vänstra bilden är IEST-modellens knappbatteri; den högra bilden är det laminerade batteriet i ett lager.

Figur 4. De blå prickade och heldragna linjerna är spänningskurvan och tjocklekskurvan för modellknappen respektive;

De orange prickade och heldragna linjerna är spänningskurvan och tjocklekensvullnadkurvan för det laminerade ettskiktsbatteriet respektive.

Tabell 2. Jämförelse av cykeleffektivitet mellan NCM//SiC-modellen helt batteri av knapptyp och laminatbatteri i ett lager påse

Tabell 3. Jämförelse av svällningstjockleken för NCM//SiC-modellen knapp fullt batteri och enlagers påse laminatbatteri

3. Sammanfattning

Detta dokument utvärderar laddnings- och urladdningsprestanda och svällningstjockleken hos IEST-modellens myntcell. Det kan ses från resultaten att cykelladdningen och urladdningseffektiviteten för modellmyntcellen i princip är densamma som den för den kommersiella 2032 stålskalsmyntcellen, tjocklekens svällningshastighet under 3-cykelcykeln överensstämmer också i princip med testresultat av det laminerade enskiktscellsbatteriet, vilket indikerar att IEST-modellens knappcellsbatteri har en bra laddnings-urladdningseffektivitet och svällningsutvärderingseffekt. Den här artikeln rekommenderar användning av ett kiselbaserat negativt elektrodsvällande in-situ snabbt screening C-system (RSS1400, IEST) för användning med denna modell, och dess noggrannhet för tjocklekssvällningstestet är 0,1 μm, upplösningen kan nå 0,01 μm,

4. Referensmaterial

[1] J. Lin, L. Wang, QS Xie, Q. Luo, DL Peng, CB Mullins och A. Heller, rostfritt stålliknande passivering inspirerar till bestående kiselanoder för litiumjonbatterier. Angew. Chem. 135 (2023) e202216557.

[2] M. Ashuri, QR He och LL Shaw, Silicon som ett potentiellt anodmaterial för Li-ion-batterier: där storlek, geometri och struktur spelar roll. Nanoskala 8 (2016) 74–103.